[发明专利]一种石墨烯薄膜电极及其制备方法、表面具有导电线路的石墨烯复合薄膜叉指电极、电容器

说明书

本发明提供了一种石墨烯薄膜电极，包括电极基底；复合在所述电极基底上的石墨烯薄膜；复合在所述石墨烯薄膜上的金属薄膜；所述石墨烯薄膜为单层石墨烯片层或多层石墨烯片层组成；所述多层石墨烯片层由单层石墨烯片层层叠后得到。本发明还提供了石墨烯薄膜电极的制备方法。本发明将单层石墨烯片层层叠后得到多层石墨烯片层用于制备石墨烯薄膜电极，又制备了柔性石墨烯导电电极，既保留了二维平面结构的完整性，又保留了石墨烯的导电性，可直接用于柔性或非柔性超级电容器的极薄电极材料。再通过激光刻写的方式实现电极叉指图案化，制备出轻便极薄的全固态超级电容器，提升了器件的能量密度，功率密度以及并实现了优异的交流滤波性能。

技术领域

本发明属于石墨烯复合薄膜技术领域，涉及一种石墨烯薄膜电极及其制备方法、叉指电极、电容器，尤其涉及一种石墨烯薄膜电极及其制备方法、表面具有导电线路的石墨烯复合薄膜叉指电极、电容器。

背景技术

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。它是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。作为一种由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，它是目前进入应用领域中最薄的材料和最强韧的材料，同时，石墨烯还具有优异的导电性，可以降低内阻，提高超级电容器的循环稳定性，被称为“黑金”或是“新材料之王”，而且潜在的应用前景广大，目前已成为全世界的关注焦点与研究热点。

随着日益增长的能源需求，人们致力于寻找新型的能源储存装置。其中超级电容器以其高功率、长寿命、绿色环保、使用温度范围宽、无污染等优点而引起了众多研究者的关注。目前，大多数超级电容使用液态电解质，液态电解质通常易泄露、对环境不友好，且需要相应电解液的配套封装材料以及电容器封装材料，从而增加了超级电容器的整体体积及重量，不利于现下轻便、轻薄化的发展方向。全固态超级电容器使用全固态的电解液，提高了超级电容器的便携性及安全性。其中，柔性的全固态薄膜型超级电容器多采用平面结构及微处理技术工艺而制得，并且集可弯曲、可穿戴、小型化、薄膜化于一体而受到越来越多的关注。

发展新型的全固态超级电容器重点需从以下几个方面考虑：(1)高性能电极材料；(2)电极结构的可控制备；(3)智能化、多功能化及集成化。拥有大的比表面积的多孔材料如活性炭、碳纳米管、石墨烯已被广泛用作超级电容器电极材料。

石墨烯因理论上具有2630m²/g的高比表面积以及550F/g的电容值，石墨烯及其各类石墨烯衍生物已被广泛应用于超级电容器的电极材料并且展现出优良性能。但是石墨烯在实际应用过程中，最主要的问题之一就是其自身的团聚问题，而多片层石墨烯在诸多性能上均无法与单片层石墨烯相比。但是现有的石墨烯基全固态超级电容器多使用还原的氧化石墨或还原的氧化石墨烯为原材料，而这石墨烯本身就存在单片层含量低，主要为多片层石墨烯，再通过高温热处理、还原剂处理等还原方式制备电极材料，此过程会导致石墨烯碳层的重新不可逆的堆叠，从而降低器件的整体性能。另外，现有的石墨烯基全固态超级电容器多为电化学储能装置，发展方向单一，体积大，应用范围窄，不符合业内多方向发展的要求。

因此，如何得到一种更合适的将石墨烯用于电容器的发展方向，更好的发挥其性能，克服上述缺陷，同时技术方案简单易于实现，已成为领域内诸多一线研发人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种石墨烯薄膜电极及其制备方法、叉指电极、电容器，特别是一种表面具有导电线路的石墨烯复合薄膜叉指电极，本发明制备的表面具有导电线路的石墨烯复合薄膜叉指电极，具备柔性，电极图形化效率高，较好的电化学存储性能以及多功能性等特点，而且技术方案简单易于实现，具备大规模集成化制备前景。

本发明提供了一种石墨烯薄膜电极，包括电极基底；

复合在所述电极基底上的石墨烯薄膜；

复合在所述石墨烯薄膜上的金属薄膜；